胚胎干細胞激發(fā)了科學(xué)家和非科學(xué)家的想象力。但它們是什么，它們來自哪里，為什么全世界的研究人員都在努力了解它們？

胚胎干細胞：它們來自哪里，它們能做什么？

關(guān)于胚胎干細胞我們知道什么？

人類胚胎干細胞 (ESC) 是多能細胞，意思是可以制造體內(nèi)任何其他細胞的細胞。它們是由非常早期的人類胚胎中發(fā)現(xiàn)的細胞制成的，稱為囊胚。

許多科學(xué)領(lǐng)域都使用小鼠胚胎干細胞來研究胚泡如何長成成人，以及研究哪些信號指導(dǎo)干細胞分化為特化細胞。

通過用轉(zhuǎn)基因胚胎干細胞培育“嵌合體”小鼠，人們對胚胎發(fā)育和疾病有了很多了解。這些小鼠使研究人員能夠測試特定基因如何影響細胞功能和疾病。

胚胎干細胞的起源

胚胎干細胞是從剛出生幾天的胚胎中發(fā)現(xiàn)的細胞生長而來的。在人類、小鼠和其他哺乳動物中，胚胎在這個階段是一個由大約100個細胞組成的球。它被稱為囊胚 ，分為兩部分：

外層細胞或滋養(yǎng)外胚層將形成胎盤，支持胚胎在子宮內(nèi)生長。

稱為內(nèi)細胞團的內(nèi)部細胞團是一個由10-20個細胞組成的球。這些細胞未分化或未特化。它們會大量繁殖和分化，從而產(chǎn)生形成整個動物所需的多種類型的細胞。內(nèi)細胞團中的一些細胞是多能的：它們可以制造體內(nèi)的每一種細胞。

小鼠胚胎干細胞基礎(chǔ)知識

如果從小鼠囊胚中取出內(nèi)細胞團并給予適當?shù)臓I養(yǎng)，多能細胞就可以在實驗室中生長。

通常發(fā)生在胚胎中的細胞成熟和特化過程停止了。相反，細胞會繁殖以產(chǎn)生更多類似于內(nèi)細胞團細胞的未??分化細胞。這些實驗室培養(yǎng)的細胞被稱為胚胎干 (ES) 細胞。

將小鼠胚胎干細胞用于科學(xué)和醫(yī)學(xué)

可以將小鼠 ES 細胞放回小鼠囊胚中，然后可以將該囊胚放回雌性小鼠的子宮中發(fā)育成胎兒。注射的ES細胞參與胎兒的發(fā)育，由此產(chǎn)生的幼崽出生時混合了細胞，(a) 來自宿主胚泡和 (b) 來自注射的ES細胞的細胞。這種具有來自兩個不同來源的細胞的新小鼠被稱為嵌合體。 

嵌合小鼠和他的后代

嵌合體可以將基因從胚胎干細胞傳遞給它們的后代。研究人員可以在實驗室中精確地改變ES細胞的基因，將細胞放回囊胚中，并培育出含有修飾基因的新小鼠。科學(xué)家使用由ES細胞制成的轉(zhuǎn)基因小鼠來研究與許多人類疾病有關(guān)的基因。例如，他們制造了帶有在人類癌癥中發(fā)現(xiàn)的突變的小鼠。可以對這些小鼠進行研究，以了解更多關(guān)于癌癥如何生長和測試潛在藥物的信息。

2007年，諾貝爾醫(yī)學(xué)獎授予三位率先使用ES細胞培育轉(zhuǎn)基因小鼠的科學(xué)家，這一技術(shù)在科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的巨大價值得到了認可。

人類胚胎干細胞

科學(xué)家們還通過采用與分離小鼠ES細胞的技術(shù)類似的技術(shù)，從人類胚胎的內(nèi)細胞團中制造了干細胞。您可以在資料單《胚胎干細胞研究：倫理困境》中了解更多有關(guān)本研究中使用的人類胚胎及其來源的信息 。不允許將人類細胞注射回胚泡，但這些細胞可以在實驗室中分化成許多不同的特化細胞類型。通過在實驗室中使用人類 ES 細胞產(chǎn)生神經(jīng)細胞或心臟細胞等特殊細胞，科學(xué)家們可以在不從患者身上獲取組織的情況下獲得成人細胞。然后他們可以詳細研究這些專門的成體細胞，以了解某些疾病出了什么問題，或者研究這些細胞對潛在新藥的反應(yīng)。

關(guān)于胚胎干細胞研究人員在研究什么？

研究人員正在學(xué)習(xí)如何通過將ESC暴露于不同的信號分子和生長條件來創(chuàng)建體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的許多不同的特殊細胞類型。

小鼠胚胎干細胞正被用于了解身體如何發(fā)育，從早期胚胎階段到復(fù)雜器官的形成。

研究人員正在通過嘗試在實驗室中培養(yǎng)原始器官來了解細胞如何組裝成復(fù)雜的組織，例如大腦各層。

許多研究正在研究胚胎干細胞如何能夠用于治療多種不同的疾病，從多發(fā)性硬化癥到失明和糖尿病。

胚胎干細胞目前研究的挑戰(zhàn)是什么

ESCs 在小鼠和人類中的功能存在差異。出于道德和倫理原因，研究人員不能像在小鼠ESC實驗中那樣使用人類 ESC。這需要研究人員弄清楚人類胚胎干細胞如何以更復(fù)雜和間接的方式工作。

另一個具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域是精確控制胚胎干細胞如何分化為多種特殊細胞類型。

尋找方法來獲得大量由干細胞制成的均勻且提供可靠結(jié)果的特化細胞是一個主要目標，但不是一個容易實現(xiàn)的目標。

參考資料：本資料單由Kate Blair創(chuàng)建 并由Jenny Nichols 和 Austin Smith 審核 。

說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業(yè)觀點，不構(gòu)成任何臨床診斷建議，如有版權(quán)等疑問，請隨時聯(lián)系我。